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KR101550290B1 - 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법 - Google Patents

수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법 Download PDF

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KR101550290B1
KR101550290B1 KR1020140059442A KR20140059442A KR101550290B1 KR 101550290 B1 KR101550290 B1 KR 101550290B1 KR 1020140059442 A KR1020140059442 A KR 1020140059442A KR 20140059442 A KR20140059442 A KR 20140059442A KR 101550290 B1 KR101550290 B1 KR 101550290B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen
quartz
quartz crystal
platinum layer
temperature
Prior art date
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Active
Application number
KR1020140059442A
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English (en)
Inventor
권수용
이주현
Original Assignee
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to KR1020140059442A priority Critical patent/KR101550290B1/ko
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/16—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of frequency of oscillations of the body

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Abstract

본 발명은 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법에 관한 것으로, 상세하게는 수소 공급 배관을 이동하는 수소의 누출을 감지하는 수소 누출 감지 시스템에 있어서, 백금층(platinum layer)과, 상기 백금층 하부에 놓여지며 금전극 표면을 가지는 수정진동자(quartz resonator)와, 상기 수정진동자의 가장자리에 접촉되며 일면에 백금저항온도소자(platinum resistance temperature sensor)가 부착된 수정진동자홀더와, 상기 백금층 및 수정진동자의 온도를 조절하는 펠티어 소자(peltier device)와, 상기 백금층 및 수정진동자와 외부를 연결하는 진동수 측정회로선을 포함하는 수정 미소 저울(QCM, Quartz Crystal Microbalance)(100) 및 상기 진동수 측정회로선으로부터 전달받은 상기 수정진동자의 공명주파수 변화를 이용하여, 수소 누출을 감지 및 판단하는 통합 관리부(200)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템에 관한 것이다.

Description

수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법 {Hydrogen leakage inspection System and method using Quartz crystal microbalance}
본 발명은 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법에 관한 것으로서, 수소 공급 배관을 이동하는 수소의 누출을 감지하기 위하여 백금층을 가지는 수정진동자를 포함하는 수정 미소 저울(QCM, Quartz Crystal Microbalance)을 이용하여 수정진동자의 고유진동수 변화에 따른 수소 누출 여부를 판단할 수 있으며, 백금층을 가지는 수정진동자를 통해서 수소에 대한 민감도가 높으며, 표면에 응집된 수소를 용이하게 탈착시킬 수 있는 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법에 관한 것이다.
최근 환경오염과 화석에너지의 고갈에 따라, 수소를 대체 에너지로 이용할 수 있는 연구가 자동차, 로켓 등 다양한 분야에서 이루어지고 있다.
허나, 수소는 누출시 대기 중에 존재하는 산소와 착화에 의해 폭발할 수 있는 위험성을 안고 있어, 이에 대한 안정성을 충분히 확보할 수 있는 기술이 무엇보다 필요한 실정이다.
이에 따라, 수소가스의 누출을 검사하는 수소 센서는 백금, 팔라듐과 같은 금속에 수소가 흡착되어 금속의 전기 전도도가 변하는 것을 이용한 전기적 방법, 산화물 반도체형과 가스 MOSFET 등을 이용한 전기화학적인 방법, 빛을 이용하여 수소 누출을 감지하는 광학적인 방법이 있다.
일반적으로 전기적인 방법은, 전기 방전에 의한 수소의 폭발과 높은 가격, 소형화가 어려운 단점이 있으며, 또한, 수소에 대한 민감도가 낮아 수소 뿐 만 아니라 다른 가스에도 반응하는 문제점이 있다.
더불어, 전기화학적인 방법은, 센서의 오염과 절연체 내의 이온 드리프트 현상으로 인하여 안정된 신호를 얻을 수 없으며, 측정기의 규모가 크고 측정상의 불편함과 비용이 많이 드는 단점이 있다.
또한, 광학적인 방법은, 제작 과정이 복잡하고 어려우며, 광섬유를 가늘게 가공하거나 에칭 및 연마한 경우, 센서부가 외부 충격에 매우 취약하며 분해능 및 반응성이 낮은 문제점이 있다.
국내등록특허 제10-1013959호("연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 및 방법", 이하 선행문헌 1)에서는 가스 센서의 고장, 가스의 미량 누출, 차량 정지시 수소 누출, 가스 센서 위치에 따른 수소 누출 검지불가 시에도 가스 누출을 감지할 수 있어, 가스 누출에 의한 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 연료 장치 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 및 방법을 개시하고 있다.
국내 등록 특허 제10-1013959호 (등록일자 2011.02.01.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수소 공급 배관을 이동하는 수소의 누출을 감지하기 위하여 백금층을 가지는 수정진동자를 포함하는 수정 미소 저울(QCM, Quartz Crystal Microbalance)을 이용하여 수정진동자의 고유진동수 변화에 따른 수소 누출 여부를 판단할 수 있으며, 백금층을 가지는 수정진동자를 통해서 수소에 대한 민감도가 높으며, 표면에 응집된 수소를 용이하게 탈착시킬 수 있는 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수정 미소 저울을 이용한 수소 유출 감지 시스템은, 수소 공급 배관을 이동하는 수소의 누출을 감지하는 수소 누출 감지 시스템에 있어서, 수소 공급 배관을 이동하는 수소의 누출을 감지하는 수소 누출 감지 시스템에 있어서, 백금층(platinum layer)과, 상기 백금층 하부에 놓여지며 금전극 표면을 가지는 수정진동자(quartz resonator)와, 상기 수정진동자의 가장자리에 접촉되며 일면에 백금저항온도소자(platinum resistance temperature sensor)가 부착된 수정진동자홀더와, 상기 수정진동자의 온도를 조절하는 펠티어 소자(peltier device)와, 상기 수정진동자와 외부를 연결하는 진동수 측정회로선을 포함하는 수정 미소 저울(QCM, Quartz Crystal Microbalance)(100) 및 상기 진동수 측정회로선으로부터 전달받은 상기 수정진동자의 공명주파수 변화를 이용하여, 수소 누출을 감지 및 판단하는 통합 관리부(200)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 수정 미소 저울(100)의 백금층의 너비가 상기 수정진동자의 너비보다 작은 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 수소 누출 감지 시스템은 상기 수정 미소 저울(100)의 펠티어 소자를 이용하여 상기 수정진동자의 온도를 조절하여, 상기 수정진동자의 표면에 응집된 수소를 탈착시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통합 관리부(200)는 상기 수정 미소 저울(100)의 진동수 측정회로선과 연결되어 상기 수정진동자의 공명주파수를 획득하는 주파수 카운터 수단, 상기 주파수 카운터 수단에서 획득한 공명주파수 변화를 이용하여, 수소 누출을 감지하고, 수소 누출을 판단하는 제어부, 상기 공명진동수의 그래프를 실시간으로 보여주는 모니터링부 및 상기 제어부의 제어에 따라, 수소 누출에 의한 알람 수단 동작을 제어하는 알람부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 방법은, 수정진동자 표면에 형성된 백금층(platinum layer)와, 상기 백금층 하부에 놓여지며 금전극 표면을 가지는 수정진동자(quartz resonator)와, 상기 수정진동자의 가장자리에 접촉되며 일면에 백금저항온도소자(platinum resistance temperature sensor)가 부착된 수정진동자홀더와, 상기 백금층 및 수정진동자의 온도를 조절하는 펠티어 소자(peltier device)와, 상기 백금층 및 수정진동자와 외부를 연결하는 진동수 측정회로선을 포함하는 수정 미소 저울(QCM, Quartz Crystal Microbalance)를 이용한 수소 공급 배관을 이동하는 수소의 누출을 감지하는 방법에 있어서, 통합 관리부에서 상기 진동수 측정회로선으로부터 전달받은 상기 수정진동자의 진동수를 전달받아 공명주파수를 획득하는 공명주파수 획득 단계(S100), 상기 통합 관리부에서 상기 공명주파수 획득 단계(S100)에서 획득한 상기 공명주파수의 변화를 이용하여, 수소 누출을 감지 및 판단하는 수소 누출 판단 단계(S200) 및 상기 수소 누출 판단 단계(S200)의 판단 결과에 따라, 상기 수소 공급 배관을 이동하는 수소가 누출될 경우, 상기 통합 관리부에서 수소 누출을 알리기 위한 알람 수단의 동작을 제어하는 알람 단계(S300)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 방법은 상기 알람 단계(S300)를 수행하고 난 후, 상기 수정 미소 저울의 펠티어 소자를 이용하여, 상기 백금층 및 수정진동자의 온도를 조절하여 상기 백금층 및 수정진동자의 표면에 응집된 수소를 탈찰시키는 수소 탈착 단계(S400)를 더 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법은 백금층 표면을 가지는 수정진동자를 포함하는 수정 미소 저울(QCM, Quartz Crystal Microbalance)을 이용하여, 수소 공급 배관을 이동하는 수소가 누출될 경우 나타나는 수정진동자의 고유진동수 변화를 이용하여, 수소 누출 여부를 용이하게 판단할 수 있다.
또한, 백금층이 형성된 수정진동자를 이용함으로써, 기존의 수소 누출 감지 장치에 비해, 수소 감지에 대한 민감도를 높일 수 있는 효과가 있다.
더불어, 펠티어 소자를 이용하여, 수정진동자의 백금층 표면에 응집되어 있는 수소를 용이하게 탈착할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
더불어, 시스템은 필요한 기능을 수행하기 위하여 조직화되고 규칙적으로 상호 작용하는 장치, 기구 및 수단 등을 포함하는 구성 요소들의 집합을 의미한다.
이하, 본 발명인 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법은 백금층을 가지는 수정진동자를 포함하는 수정 미소 저울(QCM, Quartz Crystal Microbalance)을 이용하여, 수소 공급 배관을 이동하는 수소의 누출을 감지할 수 있는 수소 누출 감지 시스템 및 그 감지 방법이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템을 나타낸 구성도이다.
자세히 살펴보면,
본 발명의 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템은 수소 공급 배관과 일정거리 이격되어 구비되는 수정 미소 저울(100) 및 상기 수정 미소 저울(100)과 유선 또는, 무선으로 연결되어 있는 통합 관리부(200)로 구성될 수 있다.
이하, 각 구성의 동작을 상세하게 설명한다.
상기 수정 미소 저울(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 백금층(platinum layer)(10), 수정진동자(quartz resonator)(20), 펠티어 소자(peltier device)(30), 수정진동자홀더(crystal housing)(40), 진동수 측정회로선(frequency out)(80)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 백금층(10)은 넓은 표면적을 가지며, 이를 통해서 수소만을 효과적으로 응집시켜 누출 감지를 정밀하게 수행할 수 있다.
상기 수정진동자(20)는 상기 백금층(10)의 하부에 놓여지며, 금전극 표면을 가질 수 있다. 이 때, 상기 백금층(10)의 너비는 상기 수정진동자(20)의 너비보다 작게 형성할 수 있다.
상기 수정진동자홀더(40)는 상기 수정진동자(20)의 가장자리에 접촉되며, 일면에 백금저항온도소자(PRT sensor, Platinum Resistance Temperature sensor)(50)가 부착되어 형성될 수 있으며,
상기 펠티어 소자(30)는 상기 수정진동자(20)의 하부에 접촉하여 위치하며, 상기 백금층(10) 및 상기 수정진동자(20)의 온도를 조절할 수 있으며, 이 때, 상기 펠티어 소자(30)는 상기 수정진동자 홀더(40)와의 열접촉을 극대화하기 위해 열전도도가 매우 높은 열페이스트(thermal paste)로 접촉면을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 수정 미소 저울(100)는 상기 백금층(10)의 표면에 응집된 수소를 감지한 후, 수소를 탈착한 후 지속적인 수소 누출 감지하기 위해서, 상기 펠티어 소자(30)로 인해 상승하는 온도가 상기 수정진동자홀더(40)를 통해 상기 백금층(10) 및 수정진동자(20)로 전해짐으로써, 상기 백금층(10)의 표면에 응집된 수소를 용이하게 탈착시킬 수 있다.
상기 수정진동자홀더(40)는 상기 백금저항온도소자(50)를 이용하여 상기 수정진동자홀더(40)의 온도를 측정할 수 있으며, 측정된 상기 수정진동자홀더(40)의 온도는 상기 펠티어 소자(30)와 연결된 온도조절기(temperature controller)(70)의 입력값으로 사용될 수 있다.
상기 온도조절기(70)에 입력된 값을 피드백 함으로써, 상기 온도조절기(70)의 전류 출력을 조절하여 상기 펠티어 소자(30)의 온도를 정확히 조절하며 제어할 수 있다.
또한, 상기 수정진동자홀더(40)의 보다 미세한 온도 조절이 가능하기 위해서, 상기 펠티어 소자(30)의 하부에서 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있어야 한다. 이를 위해서, 냉각액이 순환하는 구리 재질의 열 흡수장치(heat sink)(60)를 상기 펠티어 소자(30)의 하부에 배치할 수 있다.
상세하게는, 상기 백금층(10)는 수소 흡착량에 민감하게 반응시키기 위해 넓은 표면적을 가지며, 상기 수정진동자(20)의 공명진동수를 측정함으로써, 흡착된 수소분자의 양을 정밀하게 측정할 수 있다.
즉, 상기 백금층(10)으로 인해, 수소 공급 배관을 흘러가는 공기가 상기 수정 미소 저울(100) 표면을 지나갈 때, 수조 분자의 상기 백금층(10)에 흡착현상이 발생하게 되며, 수소 분자 흡착현상에 따라, 교류가 연결된 상기 수정진동자(20)의 공명진동수의 변화가 측정된다.
상술한 바와 같이, 이를 반대로 이용하여 본 발명의 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템에서 수소 누출 여부를 판단하고 난 후, 상기 수정 미소 저울을 이용한 지속적인 수소 누출 감지를 위해, 상기 펠티어 소자(30) 및 상기 수정진동자홀더(40)로 인해 상기 백금층(10)의 온도를 서서히 증가시킴으로써, 상기백금층(10)의 표면에 응집되어 있던 수소의 열운동에너지를 증가시켜 용이하게 탈착시킬 수 있다.
더불어, 상기 수정 미소 저울(100)은 상기 백금층(10) 및 수정진동자(20)와 외부의 주파수 카운터 수단(210)을 연결하는 진동수 측정회로선(frequency out)(80)을 이용하여, 상기 수정진동자(20)의 공명진동수를 측정할 수 있다.
상기 통합 관리부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 주파수 카운터 수단(210), 제어부(220), 모니터링부(230) 및 알람부(240)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 진동수 측정회로선(80)으로부터 전달받은 상기 수정진동자(20)의 공명주파수 변화를 이용하여, 수소 누출을 감지 및 판단할 수 있다.
상기 주파수 카운터 수단(210)은 상기 수정 미소 저울(100)의 진동수 측정회로선(80)과 연결되어, 상기 수정진동자(20)의 공명주파수를 획득할 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 주파수 카운터 수단(210)에서 획득한 공명주파수 변화를 이용하여, 수소 누출을 감지하고 수소 누출을 판단할 수 있다.
상기 모니터링부(230)는 상기 공명진동수의 그래프를 실시간으로 보여줌으로써, 관리자가 용이하게 판단할 수 있도록 한다.
상기 알람부(240)는 상기 제어부(220)의 제어에 따라, 수소 누출이 미리 설정된 일정 범위를 벗어날 경우, 수소 누출에 의한 알람 수단의 동작을 제어하여 이를 관리자에게 실시간으로 알릴 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 방법을 나타낸 순서도이다.
자세히 살펴보면,
본 발명의 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 방법은 공명주파수 획득 단계(S100), 수소 누출 판단 단계(S200) 및 알람 단계(S300)로 이루어질 수 있으며, 이 때, 상기 백금층(10)을 가지는 상기 수정진동자(20)와, 상기 수정진동자(20)의 가장자리에 접촉되며 일면에 상기 백금저항온도소자(50)가 부착된 상기 수정진동자홀더(40)와, 상기 백금층(10) 및 상기 수정진동자(20)의 온도를 조절하며 열전도도가 높은 물질로 접촉면이 형성되어 있는 상기 펠티어 소자(30)와, 상기 백금층(10) 및 수정진동자(20)와 외부의 상기 주파수 카운터 수단(210)을 연결하는 상기 진동수 측정회로선(80)을 포함하는 상기 수정 미소 저울(100)을 이용하여, 수소 공급 배관을 이동하는 수소의 누출을 감지할 수 있다.
이하, 각 단계의 동작을 상세하게 설명한다.
상기 공명주파수 획득 단계(S100)는 상기 통합 관리부(200)의 주파수 카운터 수단(210)에서 상기 진동수 측정회로선(80)으로부터 전달받은 상기 수정진동자(20)의 진동수를 전달받아, 공명주파수를 획득할 수 있다.
다시 말하자면, 상기 백금층(10)으로 인해, 수소 공급 배관을 흘러가는 공기가 상기 수정 미소 저울(100)의 표면을 지나갈 때, 수소 분자의 상기 백금층(10)으로의 흡착현상이 발생하게 되며, 수소 분자 흡착현상에 따라 교류가 연결된 상기 수정진동자(20)의 공명진동수의 변화가 유도되어 상기 수정진동자(20)와 외부의 주파수 카운터 수단(210)을 연결하는 진동수 측정회로선(80)을 이용하여, 상기 수정진동자(20)의 변화된 공명진동수를 측정할 수 있다.
상기 수소 누출 판단 단계(S200)는 상기 통합 관리부(200)에서 상기 공명주파수 획득 단계(S100)에서 획득한 상기 공명주파수의 변화를 이용하여, 수소 누출을 감지 및 판단할 수 있다.
상기 수소 누출 판단 단계(S200)의 판단 결과에 따라, 상기 수소 공급 배관을 이동하는 수소가 누출될 경우, 상기 알람 단계(S300)를 수행할 수 있다.
상기 알람 단계(S300)는 상기 통합 관리부(200)의 알람부(240)에서 수소 누출을 외부에 알리기 위한 알람 수단의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 방법은 상기 알람 단계(S300)를 수행하고 난 후, 수소 탈착 단계(S400)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 수소 탈착 단계(S400)는 상기 수정 미소 저울(100)의 펠티어 소자(30)를 이용하여, 상기 백금층(10) 및 상기 수정진동자(20)의 온도를 상승시킴으로써, 상기 백금층(10)의 표면에 응집되어 있던 수소 분자를 용이하게 탈착시킬 수 있다.
즉, 다시 말하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법은 백금층 표면을 가지는 수정진동자(20)를 포함하는 상기 수정 미소 저울(100)을 이용하여, 수소 공급 배관을 이동하는 수소가 누출될 경우 나타나는 수정진동자의 고유진동수 변화를 이용하여, 수소 누출 여부를 용이하게 판단할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 수정 미소 저울(QCM, Quartz Crystal Microbalance)
10 : 백금층(Platinum layer)
20 : 수정진동자(Gold quzrtz resonator)
30 : 펠티어 소자(peltier device)
40 : 수정진동자홀더(crystal housing)
50 : 백금저항온도소자(Platinum Resistance Temperature Sensor)
60 : 열 흡수장치(heat sink)
70 : 온도 조절기(temperature controller)
80 : 진동수 측정회로선(frequency out)
200 : 통합 관리부
210 : 주파수 카운터 수단 220 : 제어부
230 : 모니터링부 240 : 알람부

Claims (6)

  1. 수소 공급 배관을 이동하는 수소의 누출을 감지하는 수소 누출 감지 시스템에 있어서,
    백금층(platinum layer)과,
    상기 백금층 하부에 놓여지며 금전극 표면을 가지는 수정진동자(quartz resonator)와,
    상기 수정진동자의 가장자리에 접촉되며 일면에 백금저항온도소자(platinum resistance temperature sensor)가 부착된 수정진동자홀더와,
    상기 수정진동자홀더의 하부에 접촉하여 위치하며, 수소 누출 감지 이후 상기 백금층 및 수정진동자의 온도를 조절하여 상기 수정진동자의 표면에 응집된 수소를 탈착시키는 펠티어 소자(peltier device)와,
    상기 백금층 및 수정진동자와 외부를 연결하는 진동수 측정회로선을 포함하는 수정 미소 저울(QCM, Quartz Crystal Microbalance)(100); 및
    상기 진동수 측정회로선으로부터 전달받은 상기 수정진동자의 공명주파수 변화를 이용하여, 수소 누출을 감지 및 판단하는 통합 관리부(200);
    를 포함하여 구성되며,
    상기 수정 미소 저울은
    상기 수정진동자홀더의 백금저항온도소자를 이용하여, 상기 수정진동자홀더의 온도를 측정하고,
    측정된 상기 수정진동자홀더의 온도를 입력값으로 입력받아 전류 출력을 조절하여, 상기 펠티어 소자의 온도를 제어하는 온도 조절기; 및
    상기 펠티어 소자의 하부에 위치하며, 상기 펠티어 소자에서 발생하는 열을 제거하여, 상기 펠티어 소자를 통해서 전달되는 열을 제어하는 구리 재질의 열 흡수장치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수정 미소 저울(100)의 백금층의 너비가
    상기 수정진동자의 너비보다 작은 것을 특징으로 하는 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 관리부(200)는
    상기 수정 미소 저울(100)의 진동수 측정회로선과 연결되어 상기 수정진동자의 공명주파수를 획득하는 주파수 카운터 수단;
    상기 주파수 카운터 수단에서 획득한 공명주파수 변화를 이용하여, 수소 누출을 감지하고, 수소 누출을 판단하는 제어부;
    상기 공명주파수에 대한 그래프를 실시간으로 보여주는 모니터링부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라, 수소 누출에 의한 알람 수단 동작을 제어하는 알람부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템.
  5. 수정진동자 표면에 형성된 백금층(platinum layer)와, 상기 백금층 하부에 놓여지며 금전극 표면을 가지는 수정진동자(quartz resonator)와, 상기 수정진동자의 가장자리에 접촉되며 일면에 백금저항온도소자(platinum resistance temperature sensor)가 부착된 수정진동자홀더와, 상기 백금층 및 수정진동자의 온도를 조절하는 펠티어 소자(peltier device)와, 상기 백금층 및 수정진동자와 외부를 연결하는 진동수 측정회로선을 포함하는 수정 미소 저울(QCM, Quartz Crystal Microbalance)을 이용한 수소 공급 배관을 이동하는 수소의 누출을 감지하는 방법에 있어서,
    통합 관리부에서 상기 진동수 측정회로선으로부터 전달받은 상기 수정진동자의 진동수를 전달받아 공명주파수를 획득하는 공명주파수 획득 단계(S100);
    상기 통합 관리부에서 상기 공명주파수 획득 단계(S100)에서 획득한 상기 공명주파수의 변화를 이용하여, 수소 누출을 감지 및 판단하는 수소 누출 판단 단계(S200);
    상기 수소 누출 판단 단계(S200)의 판단 결과에 따라, 상기 수소 공급 배관을 이동하는 수소가 누출될 경우,
    상기 통합 관리부에서 수소 누출을 알리기 위한 알람 수단의 동작을 제어하는 알람 단계(S300); 및
    상기 수정 미소 저울의 펠티어 소자를 이용하여, 상기 백금층 및 수정진동자의 온도를 조절하여 상기 백금층 표면에 응집된 수소를 탈착시키는 수소 탈착 단계(S400);
    로 이루어지며,
    상기 수정 미소 저울은
    상기 수정진동자홀더의 백금저항온도소자를 이용하여 상기 수정진동자홀더의 온도를 측정하고,
    측정된 상기 수정진동자홀더의 온도를 입력값으로 입력받아, 전류 출력을 조절하여 상기 펠티어 소자의 온도를 제어하는 온도 조절기; 및
    상기 펠티어 소자의 하부에 위치하여, 상기 펠티어 소자에서 발생하는 열을 제거하여, 상기 펠티어 소자를 통해서 전달되는 열을 제어하는 구리 재질의 열 흡수 장치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 방법.
  6. 삭제
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